由美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家們領導的一個科學團體，對編碼于動物基因組中的信息在不同的器官、發育階段和環境條件下的處理機制展開了迄今為止最大型的調查研究。他們的研究結果繪制出了基因如何在神經細胞中發揮功能以及響應環境壓力的新圖像。這項研究發表在本周的《自然》（Nature）雜志上。

科學家們對遺傳學研究的重要模式生物——果蠅展開了研究。70%的已知人類疾病基因在果蠅中都有密切相關的基因，而果蠅的基因組只有人類基因組1/30大小。以往的果蠅研究提供了一些有關癌癥、出生缺陷、成癮行為和神經系統疾病的見解。也增進了我們對于所有動物共有的一些過程，如軀體發育模式和突觸傳遞的了解。

在最新的這項科學研究中，伯克利實驗室生命科學部的Susan Celniker領導這一科學團體，構建出了迄今為止最全面的動物基因表達圖譜。

在所有生物體中，編碼于基因組中的信息被轉錄為RNA分子，隨后這些RNA分子或是被翻譯為蛋白質，或是被利用在細胞中執行某些功能。一個細胞中表達的RNA分子的總和就稱作為它的轉錄組，可以將其視作為是對基因組的“讀取”結果。

盡管我們身體每個細胞中的基因組都基本相同，每種細胞類型的轉錄組卻并不一樣，且不斷地在發生變化。例如，心臟組織中的細胞與腸道或大腦中的細胞就完全不同。

轉錄組也可響應環境挑戰迅速發生改變。這些基因表達動態變化使得我們的身體能夠適應如溫度或化學物質接觸等改變。

為了繪制出轉錄組圖譜，科學家們利用了深度測序技術生成了1.2萬億個堿基的RNA序列數據。他們在29種果蠅組織類型、25個細胞系、以及包括熱、冷、重金屬中毒和急性農藥暴露在內的“環境挑戰”情境中對RNA進行了分析。

結合極深度測序和多種組織及情況生成了完整的RNA活性圖譜，揭示出了只在一種組織類型中表達的一些新基因和罕見RNAs。發現了一些神經系統組織中RNAs出人意料的復雜性和多樣性，以及從前未知的與應激反應相關的一些基因。

在果蠅神經系統樣本中，科學家們發現大約100種基因可以編碼數百種或甚至數千種不同的蛋白質類型。其中許多的蛋白是在神經系統早期形成過程中于發育胚胎中生成。鑒于大多數的基因表達5種或更少的轉錄物類型，一半的基因只編碼一種基因，這提示了從前未知的大腦復雜性的根源。

伯克利實驗室生命科學部研究員Ben Brown說：“我們的研究表明，出于神經系統發育需要動物轉錄組總體信息輸出大大增加。”

科學家們還發現了比以往認識的更為廣泛的一種應激反應。暴露于鎘一類的重金屬中會導致一些已知的壓力反應信號通路激活，阻止對DNA和蛋白質的損害。它還揭示了一些完全未知功能的新基因。

“為了更好地了解細胞對抗壓力的機制，我們必須弄清楚這些神秘基因的功能，”Celniker說。